基于TMS320DM642的增強(qiáng)視景系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言
隨著現(xiàn)代飛行技術(shù)的發(fā)展，以及飛機(jī)性能的日益提高，飛行員需要實(shí)時(shí)獲取的信息越來越多，飛行員不僅要不斷接收和處理各種儀表信息及地面或空中的通報(bào)和指揮信息，還需要對(duì)各種危險(xiǎn)警告和異常信號(hào)做出迅速的反應(yīng)。特別是當(dāng)飛機(jī)進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)著陸或者起飛及做戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作時(shí)，飛行員的操作負(fù)荷較大。因此如何有效地將各傳感器信息綜合地顯示出來，不僅可以降低飛行員的勞動(dòng)負(fù)荷，還能增強(qiáng)其態(tài)勢(shì)的感知能力。傳統(tǒng)的飛行員座艙系統(tǒng)包含大量的機(jī)械式儀表，飛行員的操作負(fù)荷大，態(tài)勢(shì)感知能力弱，而根據(jù)對(duì)航空事故的調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，85％的航空事故是因?yàn)轱w行員失去態(tài)勢(shì)感知能力造成的。因此通過對(duì)飛行員座艙系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)，提高信息的綜合顯示水平能有效地提高飛行員的態(tài)勢(shì)感知能力，從而減少飛行事故。
在飛行員座艙系統(tǒng)中采用增強(qiáng)視景和合成視景技術(shù)，不僅可以減少飛行員座艙系統(tǒng)中儀表的數(shù)量，還能提高信息的綜合顯示水平，降低飛行的勞動(dòng)負(fù)荷，增強(qiáng)飛行員的態(tài)勢(shì)感知能力。所謂視景增強(qiáng)系統(tǒng)，就是把機(jī)載紅外傳感器和毫米波雷達(dá)輸出的圖像疊加在平顯上，在為機(jī)組提供機(jī)外真實(shí)視景的同時(shí)，顯示一些下顯給出的重要數(shù)據(jù)指示。
在此，研究和開發(fā)了基于實(shí)時(shí)采集圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)，并在圖像數(shù)據(jù)上疊加相應(yīng)的飛行姿態(tài)信息增強(qiáng)視景系統(tǒng)。系統(tǒng)采用TI公司的視頻處理專用芯片DM642，實(shí)現(xiàn)了對(duì)4路D1(720×576)格式視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和顯示。
基于DM642的增強(qiáng)視景系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能有：
(1)擁有16×8，8×8，5×7的完全ASCII碼點(diǎn)陣字符集，可以自由顯示任意的字符和數(shù)字信息；
(2)支持自定義漢字點(diǎn)陣字符集的顯示；
(3)支持基本圖元的繪制，如直線、圓、矩形、圓弧、多邊形、矩形填充等基本GUI功能的實(shí)現(xiàn)；
(4)支持靜態(tài)圖片的加載，如logo、靜態(tài)儀表盤等圖形信息的透明和不透明疊加顯示；
(5)實(shí)現(xiàn)羅盤儀表的繪制操作，可自由繪制各種數(shù)字儀表；
(6)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和預(yù)警儀表盤的繪制與顯示；
(7)支持4路視頻的實(shí)時(shí)采集，可實(shí)現(xiàn)多種模式的顯示操作界面，各種模式可以相互自由切換。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
基于DM642的增強(qiáng)視景系統(tǒng)主要由TMS320DM642數(shù)字信號(hào)處理器、視頻編解碼模塊、存儲(chǔ)模塊、電源和可編程控制器模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

1．1 系統(tǒng)主控制器及存儲(chǔ)空間拓展
系統(tǒng)采用TMS320DM642作為核心處理器，它基于C64X內(nèi)核，采用VLIW(超長(zhǎng)指令字)結(jié)構(gòu)，最高時(shí)鐘可達(dá)720 MHz，采用二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，擁有豐富的外設(shè)接口：擁有3個(gè)可配置視頻口，可實(shí)現(xiàn)與視頻輸入／輸出的無縫連接；擁有64路可配置EDMA，可靈活實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)搬移操作；具有64位外部存儲(chǔ)器接口(EMIFA)，可以連接同步或者異步的存儲(chǔ)器和外設(shè)；擁有I2C總線接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部編解碼芯片的配置。
TMS320DM642的EMIF在內(nèi)存中的地址映射分為4個(gè)可獨(dú)立尋址的空間CE[O：3]，自地址Ox80000000起各占256 MB空間。根據(jù)設(shè)計(jì)中所選芯片的數(shù)據(jù)寬度等特點(diǎn)，可以對(duì)這4個(gè)尋址空間進(jìn)行配置。其中，CE0空間配置成64位寬，只用于SDRAM內(nèi)存的映射；CE1空間配置成8位寬度，用于FLASH的映射；CE2＼CE3在該設(shè)計(jì)中未使用，留作將來拓展使用。系統(tǒng)中利用DM642的EMIFA外部存儲(chǔ)器接口進(jìn)行存儲(chǔ)空間拓展，外擴(kuò)有2片4M ×32 b SDRAM，共64MB，其占用外部存儲(chǔ)空間的范圍為Ox8000000～0x81FFFFFF，用于存儲(chǔ)視頻幀數(shù)據(jù)和程序代碼；系統(tǒng)同時(shí)外接了4M×8位FLASH芯片，F(xiàn)LASH在CE1子空間占據(jù)的內(nèi)存映射空間為0x90000000～0x9007FFFF，共512 KB空間，用于固化程序和初始化數(shù)據(jù)。由于TMS320 DM642的外部總線只有EA[22：3]，所以CE1子空間的最大尋址范圍為1M×8b。系統(tǒng)中CE1子空間除了分配給FLASH空間外，還分配給狀態(tài)／控制寄存器等資源使用，F(xiàn)LASH只占據(jù)CE1子空間的一半尋址空間，最大可尋址范圍為512K×8 b，而FLASH的設(shè)計(jì)容量為4M×8 b。所以為了訪問整個(gè)FLASH空間，需將FLASH進(jìn)行分頁，每頁為512 KB，共分8頁，具體的分頁邏輯將在CPLD控制邏輯部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1．2 視頻解碼模塊
視頻解碼模塊也稱為視頻采集模塊，它由數(shù)字視頻解碼芯片SAA7113和視頻源(模擬CVBS信號(hào))組成。對(duì)于輸入的圖像，經(jīng)過視頻解碼模塊A／D轉(zhuǎn)換后才能送給視頻處理模塊。該解碼模塊采用Philips公司的SAA7113H芯片來進(jìn)行采集。圖像傳感器輸出的模擬CVBS信號(hào)經(jīng)SAA7113視頻芯片轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過視頻口的內(nèi)部FIFO緩沖后，由DM642的EDMA通道將數(shù)據(jù)傳送到片外SDRAM中，以便視頻處理程序使用。DM642通過I2C控制器對(duì)SAA7113進(jìn)行配置，使其輸出BT．656格式4：2：2的YUV視頻數(shù)據(jù)流。
1．3 視頻編碼模塊
視頻編碼模塊也稱為視頻顯示模塊，本模塊由兩部分組成，即輸出兩種模式的視頻信號(hào)，可以外接CVBS和VGA的顯示終端。
(1)CVBS編碼模塊
該模塊由Philips的編碼芯片SAA7121H和顯示終端組成。它將DM642處理后的。BT．656格式視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬CVBS視頻信號(hào)，并通過顯示器顯示處理結(jié)果。
(2)VGA編碼模塊
該模塊由VXll28，ADV7125等芯片完成。將BT．656格式的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬RGB信號(hào)，通過VGA接口與顯示終端連接。其中，VX1128接收DSP視頻口輸出的BT．656格式數(shù)據(jù)流和行場(chǎng)同步信號(hào)，輸出24位RGB數(shù)據(jù)流送給視頻編碼芯片ADV7125；視頻編碼芯片ADV7125將數(shù)字格式的RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的RGB信號(hào)，并通過VGA接口送到顯示終端。